科爾沁沙地飛播示范及沙化草地修復效果監(jiān)測

張 健，樊俊梅，邢 旗，王瑞峰，劉亞玲，鄭麗娜，包烏云，杜宇凡，王瑞珍

(內(nèi)蒙古蒙草生態(tài)環(huán)境(集團)股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010030)

1 引言

科爾沁沙地位于中國東北部，松遼平原西部，由于200～300ka前開始的地質(zhì)構造運動，形成了地面的粉沙層。隨著時間的推移，這一區(qū)域演化成了森林草原生態(tài)系統(tǒng)，表層有了一層厚度不均勻的土壤〔1-4〕。但是，隨著墾殖作業(yè)的開始，科爾沁沙地出現(xiàn)了不同程度的土地沙漠化，急需通過有效的治理措施來保護其脆弱的生態(tài)。國內(nèi)外對沙地修復措施多種多樣，主要有封沙育草、飛播固沙、植物固沙與工程固沙相結(jié)合等措施〔5、6〕。大面積沙地治理主要采用飛播措施，飛播固沙主要經(jīng)歷了試驗、示范、推廣三個階段，我國許多專家和學者都對飛播有較深的研究〔7-9〕。早在1979年，我國草業(yè)部門首先在陜西及內(nèi)蒙古、寧夏開始飛播種草試驗并取得成功，截止到2008年，我國累計飛播種草350.16萬公頃〔10〕。本研究在已有基礎上，通過飛播固沙對科爾沁沙地飛播過程及效果監(jiān)測進一步研究、補充，并就飛播實現(xiàn)生態(tài)價值的前提下如何能更好的實現(xiàn)利用價值進行研究和填補。

2 研究區(qū)概況及方法

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)分設在2個旗縣，一處位于科爾沁左翼中旗(科左中旗)門達鎮(zhèn)烏斯吐自然保護區(qū)和后烏蘇，另一處位于科爾沁左翼后旗(科左后旗)龍營艾勒嘎查，飛播總面積為20526.8畝，其中科左中旗10080畝，科左后旗10446.8畝，具體飛播樣地拐點經(jīng)緯度及面積見表1。

表1 飛播樣地拐點經(jīng)緯度及面積Table1 inflection point and area of the inflection

試驗區(qū)整體表現(xiàn)為較強的大陸性氣候特征。年均氣溫5.8～6.4℃，≥10℃積溫為3000～3200℃，無霜期130～160d。一年中5～9月是日均氣溫≥10℃最集中的時期。年降水量一般在310～500mm，潛在蒸發(fā)量是降水量的6～7倍。降水空間分布表現(xiàn)為從東南向西北逐漸遞減。年內(nèi)降水分配6～8月占全年的70%以上，降水年變率20%以上。全年大氣平均濕度為50%～55%，平均濕潤度系數(shù)為0.3～0.5，干燥度系數(shù)為1.0～1.8。冬春盛行偏西或偏北風，夏季以偏南和西南風為主。年平均風速為3.5～4.5m/s，極大風速31m/s，>8級大風日集中在冬、春季，平均每年超過75d。

地貌最顯著的特點是沙層有廣泛的覆蓋，丘間平地開闊，形成了坨甸相間的單元組合。主要地貌類型包括沙丘、低緩起伏沙地、丘間低地、沖積平原和石質(zhì)殘丘，具體沙漠化面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。土壤主要以風沙土為主，包括流動風沙土、生草風沙土和栗鈣土型風沙土。該區(qū)域流動和半固定沙丘集中分布，生態(tài)極其脆弱。土地干擾頻繁，治沙基礎薄弱，治理難度大。

表2 科左中旗、科左后旗沙地沙漠化土地統(tǒng)計〔11〕Table2 Statistics of desertified lands in Horqin Sandy Land region

2.2 研究方法

2.2.1 飛播試驗示范方法

對實施區(qū)的地形起伏、開闊程度和集中連片情況、土壤質(zhì)地和原生植被的種類、蓋度及產(chǎn)草量等情況進行調(diào)研，確定宜播區(qū)，制定飛播方案。利用GPS定位確定播區(qū)邊界，在各拐點或沿邊界進行播區(qū)標示。播前進行播區(qū)簡易整地、沙障鋪設等，選擇小葉錦雞兒、沙蒿、沙打旺、草木犀、羊柴、沙蓬進行飛播，飛播草種比例(1∶0.6∶0.6∶0.25∶0.2∶0.2)，播量1.5kg/畝。通過對播區(qū)地形地貌，調(diào)查后，選用小蜜蜂A20型飛機飛播，每次裝種150kg，在雨季來臨前播種，本次飛播時間為2015年6月30日-2015年7月15日。根據(jù)播區(qū)分布和種子、油料的運輸條件等，選好飛機起降點。飛行作業(yè)前，進行空中和地面視察，熟悉航路、播區(qū)范圍、地形地物，檢測通訊設備。作業(yè)需根據(jù)風向、風速和地面落種情況及時調(diào)整航向，確保落種準確、均勻。飛播后，對播區(qū)圍欄封育，并對30%以上大面積缺苗地塊進行人工補播，且播后2-3年嚴禁放牧。

2.2.2 播區(qū)飛播后調(diào)查監(jiān)測

播時利用接種布調(diào)查落種密度、播量和播幅。在播區(qū)內(nèi)設置接種布(規(guī)格：1m×1m)，接種布間隔10m，收集單次飛播接種布撒落的種子，并記錄每塊接種布的種子數(shù)量和種類，記錄接種布的有效落種數(shù)量，計算播幅，經(jīng)試驗后確定播量和落種數(shù)達到飛播預設目標后，開始正常飛播。

播后對播區(qū)植被調(diào)查：

①地面調(diào)查：在播區(qū)內(nèi)設置若干垂直于航向的調(diào)查線，在線上無選擇等距離(10m或20m)地設置樣方，統(tǒng)計樣方內(nèi)不同草種出苗數(shù)，有苗率、蓋度及鮮草重。調(diào)查樣線設置要有一定的代表性，調(diào)查面積不少于1/10，調(diào)查草本種類組成、株高、蓋度、個數(shù)、生物量等。

②遙感調(diào)查：利用高分遙感衛(wèi)星影像對飛播后樣地單元調(diào)查，判讀、解譯遙感影像數(shù)據(jù)，分析飛播后樣地，呈現(xiàn)在遙感影像的差異，通過對比遙感影像變化了解飛播治理效果，從宏觀上監(jiān)測沙區(qū)變化動態(tài)及變化規(guī)律，分析監(jiān)測飛播后動態(tài)變化。

3 結(jié)果分析

2015年7月飛播后，統(tǒng)計了每平米落種數(shù)，并于2015年8月統(tǒng)計了成苗數(shù)見表3。經(jīng)計算各飛播草種成苗率順序為：沙蓬(120%)>沙蒿(54.3%)>草木犀(14.1%)>沙打旺(13.9%)>羊柴為(11.1%)>小葉錦雞兒(10.2%)，除沙蓬和沙蒿成苗率稍好之外，其它草種在飛播中成苗率都較低。

表3 飛播落種數(shù)及成苗數(shù)統(tǒng)計表Table3 Statistics number of the sowing seeds and seedlings.

3.1 科爾沁左翼后旗飛播效果監(jiān)測

沙地飛播效果監(jiān)測主要從飛播后植被群落的高度、蓋度、密度和遙感影像等進行飛播效果監(jiān)測。

3.1.1 飛播后高度變化

圖1 后旗沙地飛播治理后高度變化Fig. 1 the height variation after the flyover of the Houqi sand.

圖1結(jié)果表明，2015年7月飛播，到2015年8月監(jiān)測群落高為1.97cm，2016年8月監(jiān)測群落高度已達37.7cm，而2017年8月監(jiān)測群落高度為40.6cm，較2016年變化不明顯。盡管如此，2016、2017年群落高度仍較2015年顯著提高(P<0.05)。

3.1.2 飛播后蓋度變化

飛播后監(jiān)測了不同年份8月份群落蓋度變化。圖2結(jié)果表明：2015年群落蓋度為18.5%，2016年群落蓋度24.0%，較2015年群落蓋度變化不大，2017年群落蓋度39.7%較2015年提高了12.2%，蓋度增加顯著(P<0.05)。

圖2 科左后旗沙地飛播治理后蓋度變化Fig. 2 the coveragevariation after the flyover of the Houqi sand

3.1.3 飛播后密度變化

2015年7月飛播后，在8月份監(jiān)測了群落密度較高為263株/m2，圖3結(jié)果顯示，但到2016年群落密度已降至30株/m2，較2015年大幅減少，可能原因：(a)2015播后，植物生長時間較短，未能貯存足夠營養(yǎng)物質(zhì)越冬，導致一部分第二年未返青。(b)播種量(1.5kg/畝)較大，單位面積出苗植物較多，對水分、光照、養(yǎng)分等資源的競爭、自疏導致部分植物死亡。2017年群落密度較2016年稍有提高，可能由于2017年群落已基本形成較穩(wěn)定結(jié)構，有其它植物進入，提高單位面積植物密度。

圖3 后旗沙地飛播治理后密度變化Fig.3 the density variation after the flyover of the Houqi sand

3.1.4 科爾沁左翼后旗飛播前后遙感影像變化

圖4 科爾沁左翼后旗沙地飛播前后遙感影像變化Fig. 4 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Houqi sand

從圖4可以看出，在2016年8月遙感影像上代表植被的斑塊，較2014年8月飛播前遙感影像代表植被的斑塊明顯增多。

3.2 科爾沁左翼中旗飛播效果監(jiān)測

3.2.1 飛播后高度變化

圖5 飛播治理后不同年度群落高度變化Fig.5 the community height variation of different year after the fly restoration

圖5結(jié)果表明，2015年7月飛播，到2015年8月監(jiān)測群落高為10.7cm，2016年8月監(jiān)測群落高度已達61.9cm，而2017年8月監(jiān)測群落高度較2016年變化不大高度為107.5cm，2016、2017年監(jiān)測結(jié)果顯示，群落高度都較2015年顯著提高(P<0.05)。

3.2.2 飛播后蓋度變化

圖6 飛播治理后不同年度群落蓋度變化Fig.6 the community coverage variation of different year after the fly restoration

圖6結(jié)果表明，飛播后監(jiān)測了不同年份8月份群落蓋度變化，2015年群落蓋度為12.5%，2016年群落蓋度43.6%，較2015年群落蓋度增加了31.1%，2017年群落蓋度70.0%，較2016年增加了26.4%，較2015年增加了57.5%，效果顯著(P<0.05)。

3.2.3 飛播后密度變化

圖7結(jié)果顯示，2015年7月飛播后，在8月份監(jiān)測了群落密度較高為57株/m2，但到2016年群落密度已降至34株/m2，較2015年稍有減少，可能由于：(1)2015年播完后，植物未完全長高，沒有貯存足夠營養(yǎng)物質(zhì)而未能越冬導致部分植物第二年未返青。(2)也可能是播種量(1.5kg/畝)較大，單位面積出苗植物較多，對水分、光照等資源的競爭而導致部分植物未能存活。2017年群落密度較2015年有較大提高，比2016年大幅提高，可能由于2017年群落已基本形成較穩(wěn)定結(jié)構，有其它植物進入，提高單位面積植物密度。

圖7 飛播治理后不同年度群落密度變化Fig.7 the community density variation of different year after the fly restoration

3.2.4 科爾沁左翼中旗飛播前后遙感影像變化

圖8 科爾沁左翼中旗沙地飛播前后遙感影像變化Fig. 8 the Remote sensing imagevariation after the flyover of the Zhongqi sand

從圖8可以看出，在2016年8月遙感影像上代表植被的斑塊，較2014年8月飛播前遙感影像代表植被的斑塊明顯增多，斑塊的變化直接反映了播區(qū)內(nèi)植被的變化。

3.3 科左后旗與科左中旗監(jiān)測效果對比

圖9表明在2015年飛播后，科左后旗群落蓋度較科左中旗群落蓋度高， 2016年、2017年數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，隨年份增加科左后旗和科左中旗群落蓋度都呈增長趨勢，但科左后旗群落蓋度在2016和2017年份都較科左中旗群落蓋度低；而在2015-2017年，科左后旗群落高度都較科左中旗高度低，可能由于在飛播后，科左中旗較科左后旗管護好，因為在數(shù)據(jù)采集時，時有牧戶在后旗飛播樣地中放牧，破壞了群落正常生長，而科左中旗少有牧戶進入飛播地放牧。

圖9 科左后旗與科左中旗不同年度蓋度、高度差異Fig.9 the difference about coverage and height of different yearinHouqi and Zhongqi

4 結(jié)論

(1)科爾沁左翼后旗和科爾沁左翼中旗沙地飛播修復取得了較大的生態(tài)效益，飛播面積大、效果快，是修復沙地的有效措施。

(2)科爾沁左翼后旗沙地飛播，大大提高了沙地植物群落高度，增加了群落蓋度，飛播效果顯著。群落密度呈現(xiàn)出先降后增的趨勢。

(3)科爾沁左翼中旗沙地飛播后，沙地的群落高度較飛播前大幅提高，蓋度較飛播前增加70.5%，修復效果顯著。群落密度變化規(guī)律不明顯。

(4)飛播后遙感影像顯示，播區(qū)內(nèi)代表植被的圖斑較飛播前大幅增加，說明播區(qū)內(nèi)植被較飛播前大幅增加。